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Edição nº 2 • JUL/AGO 2006

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A Nova Química - Biotecnologia revoluciona química fina

Desde a Revolução Industrial, o desenvolvimento da sociedade humana vem se apoiando em um grande e crescente consumo energético. A princípio, a queima do carvão proporcionou a energia necessária para sustentar os processos industriais. A partir da segunda metade do século XIX, no entanto, com o descobrimento das jazidas de hidrocarbonetos fósseis, o petróleo afirmou-se como uma fonte mais eficiente e passou a ser preferencialmente utilizado em todo o mundo, originando um ramo específico da indústria que se convencionou chamar de petroquímica. Daí em diante, um reduzido leque de matérias-primas básicas oriundas do processamento de petróleo e gás passou a ser utilizado para, através de processos como polimerização, oxidação, condensação, cloração, nitração, aminação, redução etc., fornecer insumos para praticamente todos os segmentos em que se dividia a indústria química, desde o de medicamentos até o de agroquímicos, passando pelo setor de produtos para uso industrial.

Nas últimas décadas, porém, um conjunto de fatores vem tornando clara e urgente a necessidade da busca de alternativas para modificar a base de matérias-primas industriais e seu processamento. Em primeiro lugar, os hidrocarbonetos fósseis são fontes de energia não-renováveis, e seu esgotamento é só uma questão de tempo. A produção de petróleo e gás em campos de baixo custo está diminuindo progressivamente e as novas descobertas se situam em áreas de alto custo de produção, acarretando que os preços dos combustíveis e das matérias-primas necessárias à indústria química sejam impulsionados para cima. Além disso, o processamento industrial do petróleo vem gerando rejeitos que causam sérios problemas ambientais como poluição hídrica e atmosférica, aumento do efeito estufa e da ocorrência de chuvas ácidas. Um outro fator ainda mais determinante para o segmento de fármacos é o relativo esgotamento das tecnologias de produção baseadas em síntese química, isto é, sua incapacidade para solucionar alguns problemas antigos e resolver problemas novos.

Segundo o consultor da Oxiteno, Pedro Wongtschowski, o uso de biomassa como matéria-prima terá, a longo prazo, os efeitos tanto de substituir a oferta como de reduzir a demanda de petroquímicos básicos. “O eteno pode ser produzido, por exemplo, a partir de etanol, substituindo parte da oferta de eteno petroquímico. Processos novos permitem obter etilenoglicóis e propilenoglicóis a partir de etanol ou de glicerol, ambos produtos da biomassa, reduzindo a demanda por eteno e propeno petroquímicos.”

Nesse contexto, o desenvolvimento de tecnologias baseadas em fontes de energia renováveis e que possibilitem processos de síntese de produtos químicos mais baratos, mais eficientes e menos agressivos ao ambiente vem se tornando regra para a indústria química em todo o mundo. A retomada do uso de biomassa como matéria-prima para produção energética - com o Pró-álcool e as pesquisas relativas ao biodiesel - é um processo que se acelera a cada dia, ao mesmo tempo em que o rápido desenvolvimento de biotecnologia aplicável aos processos químicos oferece alternativas concretas e extremamente vantajosas. O notável progresso nas técnicas agrícolas com grande elevação da produção e o aprimoramento da bioquímica e da genética incorporadas na biotecnologia respaldam a ideologia dessa nova indústria química que, tendo suas bases na utilização de biomassa como matéria-prima e na aplicação da biotecnologia em processos de síntese e catálise, vem sendo batizada de “química sustentável”.

A era das bio-refinarias

A produção de insumos químicos e combustíveis a partir de biomassa não é uma idéia nova. Óleos e gorduras animais e vegetais, por exemplo, são há muito utilizados com fins alimentícios e industriais. Tampouco os processos biotecnológicos - fermentações e catálises enzimáticas - têm uma história recente; ao contrário, seu uso é milenar, por exemplo na produção de queijos, vinhos, cervejas e pães, entre outros. O que há de novo atualmente em relação à utilização de biomassa e biotecnologia é o sentido global da iniciativa e a articulação de vários setores da economia e do conhecimento científico e tecnológico na busca de uma nova correlação entre matéria-prima e produto, com base na conservação de energia e na preservação do ambiente.

Os processos biológicos possibilitados pela tecnologia atual, quando comparados às sínteses químicas tradicionais, têm custo mais baixo, produzem menor quantidade de rejeitos e têm melhor rendimento. Em termos ecológicos, essa alta eficiência das sínteses biológicas vem constituindo outro grande incentivo em direção ao uso da biotecnologia na indústria química, pois, uma vez que os microorganismos operam como pequenas usinas com alta especificidade em relação ao produto desejado, geram rejeitos com grau de biodegradabilidade muito superior aos produzidos pela indústria química convencional. Processos biológicos costumam ainda se desenvolver em condições mais brandas de temperatura e pressão e são menos demandantes de energia, o que reduz os custos de produção para a indústria e os danos ecológicos para o ambiente.

Essa indústria química emergente é subdividida em três segmentos os quais se convencionou chamar de “química branca”, “química verde” e “química vermelha”. A química branca - também chamada biotecnologia industrial - vem desenvolvendo uma infinidade de produtos de aplicação industrial como plásticos, detergentes, combustíveis, adesivos, tintas, resinas biodegradáveis, produtos fitosanitários e toda uma gama de intermediários químicos; no âmbito da química vermelha, espera-se que o arsenal de conhecimentos da biogenética e de suas tecnologias derivadas possibilite antever a criação de medicamentos para doenças até hoje mal controladas, em grande parte prevalentes no terceiro mundo. Há uma razoável expectativa, também, de que se possa inaugurar uma era em que a prevenção supere a necessidade da cura e que doenças derivadas de variações genéticas possam ser identificadas e tratadas por terapias genéticas inovadoras; no campo da química verde, o uso de sementes geneticamente modificadas (SGM) vem alterando significativamente a indústria de agroquímicos no Brasil e no mundo. Segundo dados da Andef (Associação Nacional de Defesa Vegetal - BR), o uso de SGM reduzirá em até 20% o consumo de herbicidas no Brasil. Essa perspectiva vem fazendo com que as próprias empresas de agroquímicos adotem uma matriz biotecnológica que possibilita o desenvolvimento de produtos mais eficientes, menos tóxicos e de menor impacto ambiental.

O consultor Leodônio Schroeder, da Sama Biotecnologia, afirma que a biotecnologia já afetou de maneira significativa a indústria de agroquímicos. “No Brasil o plantio de soja com Sementes Geneticamente Modificadas (SGM) para resistência ao herbicida glifosato, modificou totalmente o mercado de herbicidas para esta cultura. Produtos até então líderes deste mercado praticamente desapareceram; o consumo de herbicidas diminuiu e viabilizou novas práticas culturais, mais seguras, econômicas e, principalmente, ecologicamente mais sustentáveis.”

Estratégias de primeiro mundo

Desde 1998, a OCDE vem patrocinando encontros para difundir a idéia da química sustentável. Individualmente, vários países estão desenvolvendo trabalhos importantes nesta direção: a França vem, há algum tempo, desenvolvendo o projeto Agrice - Agricultura para Química e Energia; os EUA já estão operando um Centro Nacional de Bioenergia e um Laboratório Nacional de Energia Renovável; Japão e Alemanha são países ativamente engajados em programas de sustentabilidade químico-energética, com importantes projetos na área do biodiesel, por exemplo.

Em relatório produzido pelo Bioenergy and Agriculture Working Group, dos EUA, foi reconhecido que muitas formas de biomassa podem contribuir para soluções energéticas, em especial aquelas contendo grande quantidade de celulose - polímero vegetal que estoca mais da metade de todo o carbono orgânico do planeta e que vem se configurando como um dos principais focos de interesse para a biotecnologia, especialmente no que diz respeito à produção de etanol. Além disso, os avanços na genômica e na biotecnologia industrial vêm possibilitando a conversão da biomassa celulósica em um tipo de óleo bruto de carboidrato que pode vir a substituir o petróleo. Espera-se que esse novo produto venha a contribuir muito no sentido da redução da dependência do País em relação ao petróleo, ao mesmo tempo em que acarretaria uma diminuição na emissão de gases causadores de efeito estufa, uma vez que o carbono liberado durante a combustão seria compensado por aquele absorvido pelas plantas enquanto crescem.

Outros métodos de síntese biológica de energia estão também em desenvolvimento nos EUA, como a produção de hidrogênio por algas e até mesmo a criação de microorganismos sintéticos que consomem dióxido de carbono e produzem metano ou hidrogênio. O governo dos Estados Unidos vem apoiando e subsidiando maciçamente o desenvolvimento dessas novas tecnologias. Estima-se que esse acelerado crescimento das indústrias que convertem biomassa em substâncias químicas origine ainda novos mercados para os fazendeiros e estimule o desenvolvimento da economia rural em todo o mundo, na medida em que muitos subprodutos antes desperdiçados se tornam matérias-primas - como a palha na produção do trigo, por exemplo.

Na Bélgica, o Belgian Academy Council of Applied Science (Bacas) elaborou em 2004 extenso relatório sobre biotecnologia industrial e química sustentável, deixando clara a grande importância que os países europeus vêm atribuindo ao assunto. A União Européia investe cada vez mais fortemente em biotecnologia, e recentemente firmou o objetivo de que 14% do seu suprimento energético proviesse de recursos sustentáveis até 2010.

A Europa possui a indústria química mais desenvolvida do mundo, o que lhe confere condições extremamente favoráveis para um forte desenvolvimento da biotecnologia industrial. Entretanto, o relatório levanta a preocupação de que, enquanto os segmentos da química verde e vermelha vêm sendo privilegiados, a química branca tem sido sistematicamente negligenciada. O Conselho belga chamou atenção para a urgência de elaborar e, principalmente, colocar em prática, na Europa como um todo, estratégias de longo prazo para o desenvolvimento da biotecnologia industrial.

Independentemente das iniciativas de governo, indústrias globais lançam mão de estratégias próprias para garantir suas fatias de mercado na nova química. As grandes multinacionais do setor de agroquímicos, segundo o consultor Schroeder, já fizeram “uma verdadeira reconversão de seu negócio. Tornaram-se empresas de agroquímicos/biotecnológicas. Estão investindo fortemente na produção de sementes geneticamente modificadas (SGM). Algumas apostam na estratégia de agregar um gene que otimize a utilização do agroquímico que dominam”.

Vantagens competitivas

As atuais mudanças na indústria química constituem uma grande oportunidade para o Brasil, país que abriga a maior biodiversidade do planeta. Possuímos vantagens comparativas significativas, em especial no campo da química verde, em função da pujança da produção agrícola nacional, das condições climáticas favoráveis e da disponibilidade de novas áreas férteis. Os EUA, a China e a Índia, por exemplo, já têm uma ocupação extensa de áreas agricultáveis e não dispõem da insolação, da água e outras vantagens naturais que o Brasil possui. A biotecnologia nacional nesse setor não deixa a desejar frente ao cenário internacional, já que temos uma competente empresa de tecnologia agrícola - a Embrapa - e uma eficiente companhia energética - a Petrobras - cujo braço petroquímico pode, nesse processo de transição, prestar uma contribuição importante no desenvolvimento da química branca.

O vasto campo industrial que vem se desenvolvendo ao redor da celulose - há inúmeras pesquisas no mundo inteiro com este foco - oferece muitas oportunidades para o Brasil. Segundo Pedro Wongtschowski, já fazemos um grande esforço científico e tecnológico, por exemplo, na busca de alternativas economicamente viáveis de processos de hidrólise ácida ou enzimática de celulose e hemicelulose, além do processo de hidrogenólise de açúcares visando a obtenção de polióis.

Segundo a pesquisadora Elba Bon, do Instituto de Química da UFRJ, o Brasil tem uma posição muito confortável e competitiva na produção de etanol de biomassa porque, “ao contrário do que acontece nos EUA, por exemplo, onde os resíduos da plantação de milho são deixados no campo, aqui a palha da cana já é encaminhada normalmente para a usina”.

Wongtschowski afirma que “diversas empresas, inclusive a Oxiteno, têm investido significativamente em processos que permitam tornar competitivas rotas a partir de biomassa, quando comparadas às rotas a partir de produtos petroquímicos (petróleo e gás natural). Tenho certeza de que em médio prazo estas rotas serão competitivas e terão a preferência do consumidor”.

No entanto, para o Brasil desenvolver competência tecnológica em grande escala será preciso implementar políticas públicas de estímulo a essas atividades. Isto significa investir na produção biotecnológica, na inovação em processos industriais e na aplicação industrial da catálise enzimática, entre outras mudanças. Hoje, a maior parte das enzimas utilizadas no Brasil - e enzimas são um dos principais produtos/insumos da nova indústria química - são importadas e extremamente caras.

Em janeiro de 2006 foi aprovado no Brasil o Projeto Bioetanol, que está sendo financiado pela Finep. Ele possibilitou a criação de uma rede nacional envolvendo 100 doutores brasileiros de 30 laboratórios de pesquisa de várias universidades e centros de pesquisa, e conta com intensa participação do setor industrial sucroal-
cooleiro. O projeto está deslanchando e tem como prioridade 1 desenvolver a tecnologia de etanol de biomassa. De acordo com Elba Bon, “só não podemos fazer como a seleção brasileira nesta última Copa. Não dá para cada um ficar batendo a sua bolinha, temos que jogar como time. Ninguém é individualmente importante em um país que tem 40 milhões de miseráveis”.

Os desafios nessa área são imensos. Segundo o empresário Kurt Politzer, “em um país como o nosso, para acelerar as transformações é preciso haver política pública que se reflita principalmente na provisão de recursos financeiros, possibilitando que o setor empresarial funcione com maior rapidez, além de uma redução substancial dos processamentos burocráticos - que já foram reconhecidos em conferência internacional como sendo o principal fator de atraso dos países em desenvolvimento em relação aos demais”.

Está claro que haverá necessidade de adaptar determinadas políticas brasileiras aos novos paradigmas tecnológicos. Na política de patentes, por exemplo, ainda segundo Kurt Politzer, “será preciso incluir claramente entre os privilegiáveis os produtos naturais modificados, inclusive microorganismos geradores de biocatalisadores, que têm papel fundamental na nova química fina. Isto porque, obviamente, um dos mecanismos de incentivo aos esforços da indústria é justamente tornar os resultados - tecnologias, produtos - privilegiáveis a fim de que possam gerar retorno comercial”.

Se o Brasil pretende deixar de depender de tecnologia e produtos internacionais, desenvolvendo biotecnologia e suas aplicações industriais de forma autônoma, não há mais tempo a perder no que diz respeito à química sustentável. É preciso que todos os setores envolvidos estimulem essa transição, cujo sucesso dependerá não apenas do desenvolvimento de tecnologias viáveis do ponto de vista econômico e ambiental, mas também de fatores como a aceitação pública e o suporte das autoridades através de uma consistente política industrial e tecnológica.

Química Verde,
por Leodônio Francisco Schroeder

A necessidade de aderirmos à química verde baseia-se em dois fatos fundamentais: (1) a nave Terra não suporta mais poluição: pelo contrário, somos obrigados a reduzir os estragos já feitos; (2) as fontes de matérias-primas e energia até agora utilizadas estão se esgotando.

Os princípios da química verde estimulam a superação desses pontos críticos, por meio das seguintes estratégias e ações.

• Prevenção da poluição e de acidentes: Evitar a formação de substâncias tóxicas, detectando-as antes de sua geração, a partir de análises em tempo real e escolher processos e substâncias que diminuem os riscos de acidentes, como vazamentos, incêndios e explosões. É mais barato evitar a formação de resíduos tóxicos do que tratá-los depois que eles são gerados.

• Eficiência atômica: Os métodos desenvolvidos para a obtenção de produtos sintéticos devem levar em consideração uma otimização em nível atômico ao incorporar o maior número possível de átomos dos reagentes no produto final.

• Síntese segura: As metodologias sintéticas devem utilizar e gerar substâncias com pouca ou nenhuma toxicidade para a saúde humana e o meio ambiente.

• Produtos seguros e degradáveis: Deve-se buscar o desenvolvimento de produtos que, após realizarem a função desejada, sejam degradáveis e não causem danos ao ambiente.

• Eficiência de energia: Utilizar processos que ocorram a temperatura e pressão ambientes, para diminuir significativamente os impactos ambientais e econômicos causados pela geração da energia.

• Matéria-prima renovável: O uso de biomassa como matéria-prima deve ser priorizado no desenvolvimento de novas tecnologias e processos.

• Catálise: Utilizar catalisadores (tão seletivos quanto possível) em substituição aos reagentes estequiométricos.

A necessidade de adotarmos estes princípios em nossas atividades de ensino, pesquisa e empresariais é urgente, pois, apesar dos esforços já realizados e dos progressos alcançados, ainda pesa sobre a indústria química o estigma de estar relacionada com a poluição e a degradação ambiental. Sob o ponto de vista da eficiência atômica e energética, podemos melhorar muito: enquanto a química pesada gera de 1 a 5 kg de subprodutos por quilo de produto final, na química fina este fator é de 5 a 50. As oportunidades para otimização são enormes.

É no item matéria-prima renovável que está nossa grande oportunidade para nos inserirmos e liderarmos a química verde. Temos um enorme potencial e alta competitividade para produzir biomassa. No Brasil, um hectare de cana produz 6.800 litros de etanol, enquanto nos Estados Unidos, onde o álcool é produzido a partir do milho, cada hectare produz 3.200 litros. No custo de produção também somos imbatíveis. Nosso custo é de 20 centavos de dólares por litro, ante 47 centavos do álcool de milho norte-americano e 32 centavos do álcool de cana australiano. Em 2005 os negócios com etanol no Brasil movimentaram 6,2 bilhões de dólares, sendo que apenas 19 milhões (0,3%) foram com a venda de álcool como insumo para a indústria química.

Com semelhantes potencialidade e competitividade podemos produzir óleos vegetais, celulose, amidos, açúcares e proteínas. No Brasil um hectare de eucalipto produz 7.000 kg de celulose por ano, podendo esta produtividade ser duplicada. Dendê produz até 5.000 kg de óleo por hectare-ano. Um hectare de soja produz 1.200 kg de proteína e 600 kg de óleo. A produção de mamona pode chegar a 4.000 kg por hectare, com 47% de óleo. Seremos líderes mundiais na produção de biomassa e bioenergia. Temos em abundância os insumos básicos: luz, solo e água.

Com o petróleo a 70 dólares o barril, essas fontes de matérias-primas deverão ser cada vez mais utilizadas, não apenas por serem mais sustentáveis, mas também por razões econômicas. Nossa química será cada vez menos aromática, baseada em BTX (benzeno, tolueno e xileno), para se tornar mais doce e verde.

* Schroeder é engenheiro químico com mestrado em Tecnologia de Alimentos e especialização em Tecnologia de Cereais pelo Centro Internacional de Melhoramento de Trigo e Milho do México, onde participou da equipe que desenvolveu a Revolução Verde, liderada pelo Dr. Norman Borlaug, Prêmio Nobel da Paz de 1970, Schroeder tem 30 anos de experiência profissional em agroindústria e indústria de agroquímicos. Foi alto executivo de empresas como Fundacep, Defensa (empresa de agroquímicos do sistema de cooperativas agrícolas do Rio Grande do Sul) e Milenia (segunda maior empresa nacional de agroquímicos), hoje é sócio-gerente da Sama Biotecnologia Ltda., empresa de consultoria tecnológica e projetos na área de produtos biotecnológicos, agroquímicos e farmoquímicos. Na Fundacep, coordenou a instalação de um centro de pesquisa para desenvolvimento de novas variedades de trigo, milho e soja, e de um laboratório de controle de qualidade, trabalho pioneiro que resultou em melhoria na qualidade industrial do trigo nacional. Foi co-inventor e coordenador de grupo de pesquisa responsável por cinco patentes internacionais, duas delas com amplo sucesso comercial, e presidiu a ABIFINA no biênio 1997-1999.